DE10113880B4 - Method for compressing and decompressing video data - Google Patents

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Abstract

A method for compressing and decompressing video data consisting of an array of individual image points (pixels). Each pixel has a pixel value that changes with time and that describes the colour or luminosity information of the pixel. A priority is allocated to each pixel and the pixels are then stored in a priority array according to this priority allocation. The array contains at each moment in time the pixel values that have been classified according to the priority allocation. The pixels and the pixel values that have been used to calculate the priority allocation are transmitted or saved according to the priority allocation. A pixel receives a high priority if the differences in relation to its neighbouring pixel are great. For the reconstruction process, the current pixel values in each case are reproduced on the display. The pixels that have not yet been transmitted are calculated from the pixels that have already been transmitted

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Komprimierung und Dekomprimierung von VideodatenThe invention describes a method for compressing and decompressing video data

Videos erzeugen große Datenmengen. Um diese Datenmengen effektiv zu übertragen und abzuspeichern, ist es sinnvoll diese zu komprimieren.Videos generate large amounts of data. In order to effectively transfer and store this amount of data, it makes sense to compress them.

Nach der heutigen Stand der Technik werden Videosignale in einer schnellen Abfolge von Einzelbildern aufgenommen und wiedergegeben. Beim Fernsehen (PAL-Norm) sind dies 25 Bilder pro Sekunde, bzw. 50 Halbbilder. Bei digitalen Aufnahmen sind das bis ca. 30 Bilder pro Sekunden. Jedes Bild wird in Zeilen zerlegt, und zunächst sequentiell übertragen.According to the current state of the art become video signals in a rapid succession of frames recorded and reproduced. For television (PAL standard), these are 25 frames per second or 50 fields. For digital recordings that's up to about 30 frames per second. Each picture is in lines disassembled, and initially transmitted sequentially.

Bisherige Komprimierungsmethoden basieren im wesentlichen auf der Reduzierung der Auflösung, der Farbtiefe und der Verringerung der Anzahl der Bilder pro Sekunde. Bei der digitalen Kompression, z.B. den MPEG-Verfahren, werden anstelle von kompletten Bildern im wesentlichen die Differenzbilder, d.h. die Unterschiede der einzelnen Bildpunkte (Pixel) im Vergleich zum vorherigen Bild, anstelle der Komplettbilder übertragen. Der neueste Standart für Videokodierung ist MPEG4.Previous compression methods are essentially based on reducing the resolution of the Color depth and reducing the number of frames per second. In digital compression, e.g. the MPEG process, are instead of complete images essentially the difference images, i.e. the differences of the individual pixels (pixels) compared to the previous image, instead of the full images transferred. The latest standard for video coding is MPEG4.

MPEG ist die Abkürzung für "Motion Pictures Expert Group". Von dieser Gruppe wurden bzw. werden Dateiformate und Verfahren zum platzsparenden Komprimieren und Speichern von Video- bzw. Multimediadaten (Video, Bild- und Tondaten) in hoher Qualität festlegt. Der MPEG-Standard unterteilt sich inzwischen in MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3 und MPEG-4 , wobei der MPEG-3-Standard mittlerweile in MPEG-2 integriert wurde.MPEG is the abbreviation for "Motion Pictures Expert Group". From this group were and are file formats and procedures for space-saving Compress and save video or multimedia data (video, Image and sound data) in high quality sets. The MPEG standard is now divided into MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3 and MPEG-4, whereby the MPEG-3 standard has now been integrated into MPEG-2.

Um die riesige Datenmenge von Filmen mit "normalen" Computern verarbeiten und transportieren zu können, werden nur die Veränderungen zum Vorgängerbild abgespeichert. Das MPEG-Format speichert in regelmäßigen Abständen von typischerweise zwölf Bildern sogenannte Intra-Frames ab; das sind JPEG-komprimierte Einzelbilder. Die Bilder zwischen diesen I-Frames werden nach Möglichkeit nicht komplett abgelegt. Vielmehr speichert MPEG, wie man sie durch Verschieben von Teilen aus vorangehenden oder nachfolgenden Bildern zurückgewinnen kann. Dazu werden auch vorausschauende "Predicted Frames" und "B-Frames" (Bi-directionale Frames) verwendet. Da das aber nie perfekt klappt, werden zusätzlich pro Bild die verbleibende Abweichung noch JPEG-kodiert abgespeichert. Mit dieser Methode lässt sich der Datenaufwand für einen Video-Film um etwa 99% verringern . Die mögliche Kompression geht bis 200:1.To the huge amount of data from films process with "normal" computers and to be able to transport only the changes to the previous picture stored. The MPEG format periodically saves from typically twelve Images so-called intra-frames; these are JPEG compressed single images. The images between these I-frames are, if possible not completely filed. Rather, MPEG stores how to go through them Moving parts from previous or following pictures win back can. Predictive frames and B-frames (bi-directional frames) are also used for this purpose. But since this never works perfectly, the remaining ones per image are added Deviation still saved JPEG-coded. With this method you can the data overhead for reduce a video movie by about 99%. The possible compression goes up 200: 1st

MPEG-1 wurde für flüssige Video-Wiedergaben entworfen. Die MPEG-1-Komprimierung bzw. Dekomprimierung war ursprünglich ein hardwareabhängiges Verfahren. Es ist allerdings mittlerweile, dank der schnellen Prozessoren, auch ein Softwaredekomprimieren möglich.MPEG-1 is designed for smooth video playback. The MPEG-1 compression or decompression was original a hardware dependent Method. However, thanks to the fast processors, software decompression is also possible.

Der wesentliche Unterschied zwischen MPEG-1 und MPEG-2 besteht darin, daß MPEG-2 besser mit dem beim Fernsehen eingesetzten Zeilensprungverfahren (Interlace) umgehen kann. Das Geheimnis von MPEG-2 liegt in der Kompression auf höchster Qualitätsstufe, so daß Filmmaterial nahezu 1 zu 1 in Studioqualität bearbeitet und editiert werden kann. Konsequenterweise etablierte sich MPEG-2 zu einem Standard. Bei einer reinen I-Framecodierung lässt sich MPEG-2 sogar im Schnittbetrieb einsetzen.The main difference between MPEG-1 and MPEG-2 is that MPEG-2 is better with that at Bypass interlaced television can. The secret of MPEG-2 is compression at the highest quality level, so footage almost 1 to 1 in studio quality can be edited and edited. Consistently established MPEG-2 became a standard. With pure I-frame coding let yourself Use MPEG-2 even in editing mode.

Der Teil des MPEG-3-Standard, der für High Definition TV-Qualität (HDTV) vorgesehen war, wurde mittlerweile in den MPEG-2-Standard implementiert. MPEG-4 ist eine Weiterentwicklung des MPEG-2-Formats und befindet sich seit 1996 in der Entwicklung. Obwohl MPEG-4 ursprünglich als ein Codierungsstandard für audiovisuelle Daten mit sehr niedriger Bitrate gedacht war, diente die Entwicklung weit mehr Zwecken als lediglich dem Streaming von linearen Mediendaten bei Internet- und drahtlosen Anwendungen. MPEG-4 stellt z.B. effiziente Mechanismen zur Komprimierung und Distribution interaktiver Medieninhalte bereit. Außerdem verfügt MPEG-4 über 3D-Potentiale, um künstliche Intelligenzen zu visualisieren oder Avantare darzustellen, z.B. im Rahmen von Videokonferenzen.The part of the MPEG-3 standard that for high Definition of TV quality (HDTV) was provided, has meanwhile become in the MPEG-2 standard implemented. MPEG-4 is a further development of the MPEG-2 format and has been in development since 1996. Although MPEG-4 was originally called a coding standard for audiovisual Data with very low bitrate was intended for development far more than just streaming linear media data in internet and wireless applications. MPEG-4 e.g. efficient Mechanisms for compressing and distributing interactive media content ready. In addition, MPEG-4 has 3D potential for artificial Visualize intelligences or display avantars, e.g. in the context of video conferences.

Die Kompressionsrate ist bei MPEG-4 höher als bei MPEG-2, wobei "Sprites" besser komprimiert werden können, weil dem Codier-Mechanismus dafür wesentlich mehr Zeit zur Verfügung steht. Eventuell kann dabei sogar auf Wavelets umgeschaltet werden. Die Skriptsprache ermöglicht es, in wenigen Bytes Operationen wie "verschieben" wesentlich schneller durchzuführen, als es die digitalisierte komprimierte Form der gleichen Operation ermöglichen würde. Mit Hilfe dieser "Sprites" können beliebig konturierte Standbilder über sich bewegende Bilder geschoben werden.The compression rate is at MPEG-4 higher than with MPEG-2, whereby "Sprites" compresses better can be because the coding mechanism for it much more time available stands. It may even be possible to switch to wavelets. The scripting language enables it is possible to perform operations such as "move" much faster in a few bytes than allow the digitized compressed form of the same operation would. With the help of these "sprites" can be any contoured still images over moving images are pushed.

Aus der DE 692 26 825 T2 ( EP 0 521 662 B1 ) ist ein Verfahren zum Bearbeiten von Bilddaten bekannt, die aus einem Array von einzelnen Bildpunkten bestehen. Dabei wird jedes Pixel eines Videobildes mit einer vorgewählten Gruppe von Nachbarpixel verglichen, und es werden Prioritätswerte derart ermittelt, dass Lokalbereich-Maxima und Lokalbereich-Minima dargestellt werden. Das Verfahren beruht auf der Anwendung von Autokorrelation.From the DE 692 26 825 T2 ( EP 0 521 662 B1 ) a method for processing image data is known which consists of an array of individual pixels. Each pixel of a video image is compared to a preselected group of neighboring pixels, and priority values are determined in such a way that local area maxima and local area minima are displayed. The method is based on the use of autocorrelation.

Die DE 696 10 987 T2 ( EP 0 845 191 B1 ) betrifft ein Verfahren zur Kompression von Bilddaten, das im wesentlichen auf einer Vorhersage von Bilddaten aus bereits abgetasteten Bilddaten beruht.The DE 696 10 987 T2 ( EP 0 845 191 B1 ) relates to a method for compressing image data, which is essentially based on a prediction of image data from already scanned image data.

Die DE 695 19 462 T2 ( EP 0 705 027 B1 ) offenbart ein Verfahren zur Datenreduktion von Farbbildern mittels Farbtabellen und Zusammenfassung von Bildbereichen.The DE 695 19 462 T2 ( EP 0 705 027 B1 ) discloses a method for data reduction of color images by means of color tables and summary of image areas.

Die DE 694 25 047 T2 ( EP 0 685 137 B1 ) offenbart ein adaptives variables Längenkodierungs- und -Dekodierungsverfahren für Bilddaten, wobei hierfür eine Vielzahl von Variabellängen-Kodiertabellen verwendet werden.The DE 694 25 047 T2 ( EP 0 685 137 B1 ) discloses an adaptive variable length encoding and decoding method for image data using a plurality of variable length encoding tables.

Die DE 693 24 538 T2 ( EP 0 588 476 B1 ) betrifft ein Bilddatenkompressionsverfahren, das auf einer Aufspaltung der Bildfrequenzen mit nachfolgender Quantisierung der Frequenzanteile basiert.The DE 693 24 538 T2 ( EP 0 588 476 B1 ) relates to an image data compression method which is based on a splitting of the image frequencies with subsequent quantization of the frequency components.

Die DE 195 41 457 C1 lehrt ein Verfahren zur Codierung eines Videodatenstroms einer aus Bildblöcken bestehenden Videosequenz, das auf einer durchgeführten Bewegungsschätzung für jeden Bildblock basiert.The DE 195 41 457 C1 teaches a method for encoding a video data stream of a video sequence consisting of picture blocks, which is based on a performed motion estimation for each picture block.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Verfahrens zur Komprimierung von Videodaten, welches eine einfache und flexible Anpassung an unterschiedliche Übertragungsraten bzw. -bandbreite, Bildauflösungen und Displaygrößen erlaubt.The object of the invention is in the creation of a method for compressing video data, which a simple and flexible adaptation to different transmission rates or bandwidth, image resolutions and display sizes allowed.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is due to the characteristics of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous configurations and Developments of the invention are specified in the subclaims.

Vorzugsweise erfolgt eine parallele Verarbeitung der Videoinformationen im Videoaufnahmechip. Die parallele Verarbeitung dient dem Zweck, zunächst die wichtigsten Pixel zu ermitteln und diese entsprechend einer Priorisierung in ein Prioritätenarray abzulegen. Dieses Array enthält zu jedem Zeitpunkt, die nach der Priorisierung sortierten Pixelwerte. Entsprechend der Priorisierung werden diese Pixel, und die für die Berechnung der Priorisierung benutzten Pixelwerte, übertragen bzw. abgespeichert. Ein Pixel bekommt eine hohe Priorität, wenn die Unterschiede zu seinen benachbarten Pixel sehr groß sind.A parallel is preferably carried out Processing the video information in the video recording chip. The parallel Processing serves the purpose of first the most important pixels to determine and this according to a prioritization in a priority array store. This array contains at any time, the pixel values sorted according to the prioritization. According to the prioritization, these pixels and those for the calculation the pixel values used in the prioritization, transmitted or stored. A pixel gets high priority if the differences are too its neighboring pixels are very large.

Zur Rekonstruktion werden die jeweils aktuellen Pixelwerte auf dem Display dargestellt. Die noch nicht übertragenden Pixel werden aus den schon übertragenden Pixel berechnet.They are used for reconstruction current pixel values shown on the display. The not yet transferring Pixels become those that are already transmitted Pixels calculated.

Entsprechend der Rechenleistung, der Übertragungsbandbreite und der Größe des Displays können unterschiedliche Verfahren zur Berechnung der noch nicht übertragenen Pixel eingesetzt werden. Steht eine sehr große Bandbreite zur Verfügung kann eine einfache lineare Interpolation durchgeführt werden. Steht nur eine sehr kleine Bandbreite zur Verfügung, kann dies bei der Übertragung der priorisierten Pixel berücksichtigt werden.According to the computing power, the transmission bandwidth and the size of the display can be different Methods for calculating the pixels not yet transferred are used become. Stands a very big one Bandwidth available a simple linear interpolation can be performed. If only a very small bandwidth is available, this can happen during transmission of the prioritized pixels are taken into account.

Durch den Historienverlauf der übertragenden Pixel können Objekte identifiziert, und damit eine Bewegungsabschätzung dieser Objekte durchgeführt werden.Through the history of the transferring Pixels can Identifies objects, and thus a motion estimate of them Objects carried out become.

Der Grundgedanke des Verfahrens basiert auf der priorisierten Pixelspeicherung bzw. Übertragung. Bei der Abspeicherung bzw. der Videoübertragung müssen ferner die zeitlichen und positionellen (innerhalb des Bildarrays) Abhängigkeiten der einzelnen Pixel oder in Pixelgruppen zusammengefassten Pixel berücksichtigt werden.The basic idea of the process is based on the prioritized pixel storage or transmission. When saving or the video transmission have to furthermore the temporal and positional (within the image array) dependencies of the individual pixels or pixels grouped in pixel groups considered become.

Um eine extreme hohe Datenkompression zu erzielen werden jeweils die Pixelgruppen übertragen, die die höchste Priorität haben, und bisher noch nicht übertragen worden sind. Die Flächen, d.h. die Pixelwerte zwischen den schon übertragenden Pixelgruppen werden aus den schon übertragenden Pixelgruppen berechnet, z.B. durch Interpolation. Bei höherer Auflösung (größeres Bildarray) steigt der erreichbare Kompressionsfaktor, da bei natürlichen Aufnahmen größere Flächen meist einen gut vorhersagbaren (gleichmäßigen) Farbverlauf haben, z.B. blauer Himmel.An extremely high data compression to achieve the pixel groups that have the highest priority are transmitted, and have not yet been broadcast have been. The areas i.e. the pixel values between the already transmitted pixel groups from those already transmitting Pixel groups calculated, e.g. through interpolation. At higher resolution (larger image array) the achievable compression factor increases, because with natural Recordings of larger areas mostly have a well predictable (even) color gradient, e.g. blue sky.

Zu beachten ist auch, dass jeweils die exakten Pixelwerte übertragen werden. Falls erforderlich erlaubt dies Verfahren eine verlustfreie Übertragung der Videoinformationen.It should also be noted that transfer the exact pixel values become. If necessary, this procedure allows lossless transmission the video information.

Die Widerherstellung bzw. Rekonstruktion der Videodaten beruht auf Abschätzungen ähnlich des menschlichen Sehverhaltens. Der Mensch nimmt Reize war, aber die Interpretation was er auf diesem Bild erkennt, findet erst in seinem Gehirn statt. Die Reize entsprechen den übertragenen Pixelgruppen, die Interpretation entspricht dem Ausfüllen der Flächen zwischen den noch nicht übertragenen Pixelgruppen.The restoration or reconstruction the video data is based on estimates similar to human Viewing patterns. Man perceives stimuli, but interpretation what he recognizes in this picture only takes place in his brain. The stimuli correspond to those transferred Pixel groups, the interpretation corresponds to filling in the surfaces between those not yet transferred Pixel groups.

Um dieses zu realisieren, können zusätzliche Arrays angelegt werden. Dies sind unter anderem ein Array in welchem die Information vorhanden ist, aus welchen Pixelgruppen der Pixelwert an der aktuellen Position ermittelt wurde. Weitere Informationen können sein, wann diese Werte berechnet worden sind, aus welchen Pixelgruppen diese berechnet bzw. übertragen worden sind. Auch eine Einschätzung über die Genauigkeit der Werte (z.B. Berechnung aus direkt benachbarten Pixel, geringe Varianz der zur Berechnung zugrunde liegenden Pixel) kann als zusätzliche Information ausgewertet werden.To achieve this, additional Arrays can be created. Among other things, these are an array in which the information is available from which pixel groups the pixel value was determined at the current position. Further information can when these values were calculated, from which pixel groups this is calculated or transferred have been. Also an assessment of the Accuracy of the values (e.g. calculation from directly neighboring pixels, small variance of the pixels on which the calculation is based) as additional Information can be evaluated.

Das beschriebene Verfahren erlaubt eine wesentlich einfachere Anpassung des Videodatenstroms an unterschiedliche Displaygrößen und Bildauflösungen.The method described allows a much easier adaptation of the video data stream to different Display sizes and Resolutions.

Ein weitere Vorteil ist, dass durch die beschriebene Art der Kodierung des Videos nicht automatisch festgelegt wird, mit welchen Algorithmen das Video dekodiert werden muss. Dies wird durch Übertragung der priorisierten Plxelwerte erreicht, die entgegen bei anderen Verfahren keine Mittelwertbildung erfahren. Hersteller haben damit die Möglichkeit Low bis High Cost Endgeräte zu entwickeln und sich durch unterschiedliche Algorithmen vom Mitkonkurrenten hervorzuheben.Another advantage is that by the described way of encoding the video is not automatically determined with which algorithms the video has to be decoded. This is through transmission of the priority values reached, which contrary to others Procedure did not experience averaging. Manufacturers have with it the possibility Low to high cost devices too develop and different algorithms from the competition emphasized.

Die angestrebte massiv-parallele Verarbeitung der Videodaten in einem speziell dafür entwickelten Chip erlaubt es, extrem niedrigen Taktraten zu verwenden, was sich günstig auf den Stromverbrauch auswirkt.The targeted massively parallel Processing of the video data in a specially developed chip allows to use extremely low clock speeds, which is cheap on affects electricity consumption.

Durch Priorisierung können bestimmte Bereiche des Videos (z.B. Lippen bei Nachrichtensprechern) mit einer höheren Priorität und folglich einer besseren Auflösung übertragen werden.By prioritizing certain Areas of the video (e.g. lips for news speakers) with a higher priority and consequently transferred to a better resolution become.

Das Verfahren erlaubt es, aus dem Datenstrom des Videos für unterschiedliche Endgeräte die optimalen Teildatenströme herauszufiltern, ohne das dies bei der Videoaufnahme berücksichtigt werden muss.The procedure allows from the Stream of video for different end devices the optimal partial data flows filter out without taking this into account when recording video must become.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Aus den Zeichnungen und deren Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung. Es zeigt:An embodiment of the invention is explained in more detail using the drawing figures. From the drawings and their description, further features, advantages and applications the invention. It shows:

1: Darstellung eines Bildarrays aus 20 × 21 Pixeln; 1 : Representation of an image array of 20 × 21 pixels;

2: Darstellung verschiedener Formen von Pixelgruppen; 2 : Representation of different forms of pixel groups;

3: Bildarray mit bewegtem Objekt zu einem Zeitpunkt t1; 3 : Image array with moving object at a time t1;

4: Bildarray mit bewegtem Objekt zu einem Zeitpunkt t2; 4 : Image array with moving object at a time t2;

5: Bildarray mit bewegtem Objekt zu einem Zeitpunkt t3; 5 : Image array with moving object at a time t3;

6: Neu generiertes Bildarray mit eingefügten Pixelgruppen in der Bildecke; 6 : Newly generated image array with inserted pixel groups in the image corner;

7: Ausfüllen der Flächen zwischen den bereits eingefügten Pixelgruppen; 7 : Filling in the areas between the already inserted pixel groups;

8: Einfügen weitere Pixelgruppen und Ausfüllen der dazwischenliegenden Flächen. 8th : Insert further pixel groups and fill in the areas in between.

Nachfolgend wird anhand eines exemplarischen Beispiels eine Komprimierung und Dekomprimierung eines Videosignals beschrieben.Below is an example For example, compression and decompression of a video signal described.

Folgende Annahmen werden getroffen:The following assumptions are made met:

Als Videoquelle steht ein derzeit übliches Videosignal zur Verfügung (z.B. PAL oder NTSC). Die Videoinformation kann mit einer handelsüblichen elektronischen Einrichtung (z.B. Framegrabber-Karte) ausgelesen werden. Zur Veranschaulichung des Verfahrens wird im folgenden ein minimiertes Bildarray mit einer Breite von 20 Pixel und einer Höhe von 21 Pixel verwendet (1). Jedes Pixel des Arrays wird durch einen 32 Bit Wert (Pixelwert) repräsentiert. Die 32 Bit sind z.B. in 4 Werte (Transparent, Rot, Grün, Blau) mit jeweils 8 Bit aufgeteilt. Die Position der Pixel ist durch eine Integer Zahl festgelegt. Das Bildarray wird in der in 1 gezeigten Weise von 0 bis 419 durchgezählt. Die Zahl innerhalb jedes Kastens entspricht der Position des zugehörigen Pixels. Zwischen der Quelle und Senke besteht eine UDP (User Datagramm Protocol) Verbindung. Über diese werden dann die komprimierten Videodaten geschickt.A currently common video signal is available as a video source (e.g. PAL or NTSC). The video information can be read out with a commercially available electronic device (eg frame grabber card). In order to illustrate the method, a minimized image array with a width of 20 pixels and a height of 21 pixels is used in the following ( 1 ). Each pixel of the array is represented by a 32 bit value (pixel value). The 32 bits are divided into 4 values (transparent, red, green, blue), each with 8 bits. The position of the pixels is determined by an integer. The image array is in the in 1 counted from 0 to 419 as shown. The number within each box corresponds to the position of the associated pixel. There is a UDP (User Datagram Protocol) connection between the source and the sink. The compressed video data is then sent via these.

Die Komprimierung des Videosignals erfolgt folgendermaßen:The compression of the Video signal is as follows:

Das Verfahren beruht darauf, dass ständig eine Priorisierung der einzelnen Pixel des Videosignals erfolgt, wobei die Pixel entsprechend ihrer Priorisierung in ein Array abgelegt werden. Dieses Array enthält zu jedem Zeitpunkt, die aktuellen, nach Priorität sortierten Pixelwerte. Ein Pixel bekommt eine hohe Priorität, wenn die Unterschiede zu seinen benachbarten Pixel sehr groß sind. Das Pixel wird zusammen mit seinen für die Berechnung verwendeten Nachbarpixeln zu einer Pixelgruppe zusammengefasst. Entsprechend der Priorisierung werden diese Pixelgruppen übertragen bzw. abgespeichert.The process is based on the fact that constantly the individual pixels of the video signal are prioritized, whereby the pixels are stored in an array according to their prioritization become. This array contains at any time, the current pixel values sorted by priority. On Pixel gets high priority when the differences to its neighboring pixels are very large. The pixel is used along with its for the calculation Neighboring pixels combined into a pixel group. Corresponding These pixel groups are transmitted or stored in the prioritization.

Bildarray einlesenRead in image array

Der Framegrabber hat zu jedem Zeitpunkt das jeweils aktuelle Bild in seinem Bildarray das wie in 1 gezeigt beispielsweise ein 20 × 21 Pixel großes Bildarray sein kann. Jedes Pixel ist durch seine Position (0 bis 419) und seinen Pixelwert (Farb- bzw. Helligkeitswert) definiert.The frame grabber always has the current image in its image array as in 1 shown, for example, can be a 20 × 21 pixel image array. Each pixel is defined by its position (0 to 419) and its pixel value (color or brightness value).

Pixelgruppen festlegenSet pixel groups

Zuvor wurde festgelegt, welche benachbarten Pixel eine Pixelgruppe bilden. Mit p0 ist dabei dasjenige Pixel bezeichnet, das die Position der Pixelgruppe angibt und für das die Priorität berechnet wird. Die relative Position der übrigen Pixel, z.B. p1–p4, einer Pixelgruppe zum Bezugspixel p0 ergibt sich aus der verwendeten Art (Form) der Pixelgruppe. In 2 sind exemplarisch einige mögliche Formen von Pixelgruppen dargestellt. Es können sowohl zum Bezugspixel p0 symmetrische als auch unsymmetrische Pixelgruppen gebildet werden. Welche Art von Pixelgruppe verwendet wird, ist u.a. von der Art des Bildmaterials und der angestrebten Kompressionsrate abhängig. In der Regel ist der zu erreichende Kompressionsfaktor umso größer, je mehr Pixel eine Pixelgruppe umfasst. Zum kodieren und dekodieren, d.h. komprimieren und dekomprimieren des Videobildes muss die gleiche Form von Pixelgruppen verwendet werden.It was previously determined which neighboring pixels form a pixel group. P0 denotes the pixel that indicates the position of the pixel group and for which the priority is calculated. The relative position of the remaining pixels, for example p1-p4, of a pixel group to the reference pixel p0 results from the type (shape) of the pixel group used. In 2 some possible forms of pixel groups are shown as examples. Both symmetrical and asymmetrical pixel groups can be formed with respect to the reference pixel p0. Which type of pixel group is used depends, among other things, on the type of image material and the desired compression rate. As a rule, the compression factor to be achieved is greater, the more pixels a pixel group comprises. For coding and decoding, ie compressing and decompressing the Vi The same form of pixel groups must be used.

Prioritätswerte ermittelnpriority values determine

Für jedes Pixel p0 einer Pixelgruppe wird nun die Priorität in Bezug auf dessen Pixelgruppe berechnet. Dabei wird jedes Pixel 0 – 419 des Bildes einmal zum Bezugspixel p0. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Berechnung der Prioritätswerte der Pixel soweit wie möglich im Rahmen einer parallelen Datenverarbeitung durchgeführt wird. Optimal ist, wenn die Berechnung der Prioritäten aller Pixel des Bildes gleichzeitig erfolgt. Das es sich um ein Videosignal handelt, werden die Prioritätswerte aller Pixel ständig neu berechnet, da sich der Bildinhalt laufend ändert. Die Vielzahl der Pixelgruppen, insbesondere die mit niedrigerer Priorisierung, werden sich aber mit einer hohen Wahrscheinlichkeit nicht ändern.For each pixel p0 of a pixel group now becomes the priority in relation calculated on its pixel group. Each pixel is 0 - 419 of the Once to the reference pixel p0. It is provided according to the invention that the calculation of the priority values the pixel as much as possible is carried out as part of parallel data processing. It is optimal if the calculation of the priorities of all pixels of the image done simultaneously. That it is a video signal the priority values all pixels constantly recalculated because the image content is constantly changing. The multitude of pixel groups, especially those with lower priorities, but will with a high probability not to change.

Zur Berechnung der Priorität kann es verschiedene Rechenmethoden geben. Exemplarisch wird hier eine lineare Methode verwendet.It can be used to calculate the priority give different calculation methods. A linear example is used here as an example Method used.

Dazu werden die einzelnen Pixelwerte P0, P1, P2, P3 und P4 einer Pixelgruppe in ihre Farbanteile Rot, Grün und Blau zerlegt. Jeder dieser Farbwerte wird durch 8 Bit repräsentiert. Für jede Farbe eines jeden Pixels P1–P4 wird nun ein Farbdifferenzwert in Bezug auf P0 ermittelt, z.B. P0_rot–P1_rot, P0_rot–P2_rot, ..., P0_blau–P4_blau. Die absoluten Farbdifferenzwerte werden addiert und durch die Anzahl der Farben und Anzahl der betrachteten Pixel geteilt. Das Ergebnis ist ein Prioritätswert für die betrachtete Pixelgruppe. Dieser Prioritätswert ist umso höher, je unterschiedlicher die Farbwerte der einzelnen Pixel der Pixelgruppe sind.To do this, the individual pixel values P0, P1, P2, P3 and P4 of a pixel group in their color components red, Green and Disassembled blue. Each of these color values is represented by 8 bits. For every Color of each pixel P1-P4 a color difference value is now determined in relation to P0, e.g. P0_rot-P1_rot, P0_rot-P2_rot, ..., P0_blau – P4_blau. The absolute color difference values are added and by the number the colors and number of pixels viewed. The result is a priority value for the considered pixel group. This priority value is the higher, ever the color values of the individual pixels of the pixel group are more different are.

Weitere Methoden zur Ermittlung des Prioritätswert sind die Benutzung von Grauwerten oder der Maximalwert einer Farbdifferenz einer Farbe. Da der Prioritätswert später selbst nicht übertragen, bzw. abgespeichert wird, hat das Verfahren zur Ermittlung des Prioritätswert keinen direkten Einfluss auf die Dekodierung.Other methods of determining the priority value are the use of gray values or the maximum value of a color difference one color. Because the priority value later not broadcast yourself or stored, the method for determining the priority value has none direct influence on the decoding.

Durch diese Priorisierung wird erreicht, dass Bildbereiche, die einen großen Farb- oder Kontrastwechsel aufweisen, wie z.B. Kanten, eine hohe Priorität erhalten, und relativ gleichbleibende Bildinhalte, wie z.B. blauer Himmel, eine Niedrige.This prioritization ensures that image areas that have a large color or contrast change have, such as Edges, given high priority, and relatively consistent Image content, e.g. blue sky, a low one.

Prioritätswerte sortierenpriority values sort by

In diesem Schritt werden die Prioritätswerte der Größe nach absteigend sortiert. Die Sortierung erfolgt nach Ermittlung jedes neuen Prioritätswertes Für jeden Zeitpunkt besitzt man somit eine nach Prioritäten geordnete Liste von Pixelgruppen die absteigend sortiert ist. Es ist anzustreben, dass entsprechende Bildaufnehmer (CCD-Chips) entwickelt werden, welche unmittelbar eine solche nach Prioritäten geordnete Liste bereitstellen.In this step the priority values in size sorted in descending order. The sorting is done after determining each new priority value For each At this point in time, one has a list of pixel groups arranged according to priorities which is sorted in descending order. It is desirable that the corresponding Image recorders (CCD chips) are developed, which immediately one according to priorities Provide an ordered list.

Wird das zu komprimierende Bild direkt mit einer CCD Kamera oder einem Scanner aufgenommen, besteht prinzipiell die Möglichkeit, aus dem in der Kamera/dem Scanner vorhandenen, bildbearbeitenden Mikrochip direkt ein nach Prioritäten sortiertes Array zu erhalten. Somit wird beim komprimieren ein wesentlicher Teil des Rechenaufwandes eingespart.The image to be compressed becomes direct in principle, recorded with a CCD camera or a scanner the possibility, from the existing image processing in the camera / scanner Microchip to directly get an array sorted by priority. Thus, a significant part of the computational effort when compressing saved.

Aktualisieren der PrioritätswerteUpdate the priority values

Im Gegensatz zu Standbildern (z.B. Fotografien) ergibt sich bei Videoinformationen eine ständig wechselnde Prioritätsänderung der Pixelgruppen, z.B. bei Kameraschwenk oder bewegten Objekten. Um dies zu verdeutlichen ist in den 3 bis 5 ein Videobildarray zu verschiedenen Zeitpunkten t1 bis t3 dargestellt, wobei sich ein Objekt von rechts nach links verschiebt.In contrast to still images (e.g. photographs), there is a constantly changing change in priority of the pixel groups with video information, e.g. with camera panning or moving objects. To clarify this is in the 3 to 5 a video image array is shown at different times t1 to t3, an object shifting from right to left.

Gemäß 2 enthält das Bild zum Zeitpunkt t1 ein Objekt, das die Pixel 156, 157,176,177,191197,211217,231237,256,257,276,277 ausfüllt.According to 2 the image at time t1 contains an object representing the pixels 156 . 157 . 176 . 177 . 191 - 197 . 211 - 217 . 231 - 237 . 256 . 257 . 276 . 277 fills.

Für die Berechnung der Prioritäten der Pixel (0419) des Bildes wird die in 2 dick umrandeten Form der Pixelgruppe (links unten) verwendet.To calculate the priorities of the pixels ( 0 - 419 ) of the picture becomes the in 2 thick bordered shape of the pixel group (bottom left) is used.

Es ergibt sich eine Prioritätsverteilung der Pixel, wie sie In der weiteren Beschreibung des Verfahrens beispielhaft in Tabelle 1 zum Zeitpunkt t1 dargestellt ist. Die Tabelle enthält jeweils nur die Nummer des Bezugspixels (p0) einer Pixelgruppe. Diejenigen Pixelgruppen, die sich im Randbereich des Objektes befinden und bei denen das jeweilige Bezugspixel (p0) den größten Unterschied zu den übrigen Pixeln der Pixelgruppe aufweist, bekommen die höchste Priorität A. Die Pixelgruppen, deren Bezugspixel einen geringeren Unterschied zu den übrigen Pixeln der Pixelgruppe aufweisen bekommen eine mittlere Priorität B und diejenigen Pixelgruppen, deren Bezugspixel gar keinen Unterschied zu den übrigen Pixeln der Pixelgruppe aufweisen die niedrigste Priorität C.

Figure 00110001
Tabelle 1 This results in a priority distribution of the pixels, as is shown in the further description of the method as an example in Table 1 at time t1. The table contains only the number of the reference pixel (p0) of a pixel group. Those pixel groups that are located in the edge area of the object and for which the respective reference pixel (p0) has the greatest difference to the other pixels of the pixel group are given the highest priority A. The pixel groups whose reference pixels have a smaller difference to the other pixels of the pixel group have a medium priority B and those pixel groups whose reference pixels have no difference to the other pixels of the pixel group have the lowest priority C.
Figure 00110001
Table 1

Im Rahmen der Komprimierung werden nun zunächst die mit Priorität A versehenden Pixelgruppen übertragen bzw. abgespeichert, dann die Pixelgruppen mit Priorität B und schließlich die Pixelgruppen mit der Priorität C: Da sich das Objekt zwischenzeitlich bewegt und in Bezug zu 3 in den 4 und 5 eine andere Position einnimmt, ändern sich die Prioritäten der einzelnen Pixelgruppen. Die Prioritätenliste wird aktualisiert und es wird sofort mit der Übertragung der aktuellen Pixelgruppen mit der höchsten Priorität fortgefahren.In the course of the compression, the pixel groups with priority A are now first transmitted or stored, then the pixel groups with priority B and finally the pixel groups with priority C: since the object is now moving and in relation to 3 in the 4 and 5 takes a different position, the priorities of the individual pixel groups change. The priority list is updated and the transfer of the current pixel groups with the highest priority is continued immediately.

Die neu berechneten Prioritäten der Pixelgruppen für die Zeitpunkte t2 (4) und t3 (5) sind in Tabelle 1 dargestellt.The newly calculated priorities of the pixel groups for the times t2 ( 4 ) and t3 ( 5 ) are shown in Table 1.

Somit könnte eine mögliche komprimierte Übertragung eines Videosignals gemäß Tabelle 1 folgendermaßen aussehen:
Zeitpunkt t1: Pixelgruppen mit der höchsten Priorität A werden übertragen: 175, 255, 231, 191, 156, 157, 277, 276, 177, 197, 217
Zum Zeitpunkt t2 werden neue Prioritäten erkannt. Andere Pixelgruppen erhalten höchste Priorität A. Es wird mit der Übertragung der neuen Priorität A fortgefahren:
189,173,154,155, 274,275,253,229
Danach folgt die Übertragung der Pixelgruppen mit Priorität B:
175,195,215,235,255,190,191,192,193,...
Zum Zeitpunkt t3 werden wieder neue Prioritäten erkannt. Andere Pixelgruppen erhalten höchste Priorität A. Es wird mit der Übertragung der neuen Priorität A fortgefahren:
187,171,227,251, 152,153,272,273
A possible compressed transmission of a video signal according to Table 1 could thus look as follows:
Time t1: Pixel groups with the highest priority A are transmitted: 175 . 255 . 231 . 191 . 156 . 157 . 277 . 276 . 177 . 197 . 217
New priorities are recognized at time t2. Other pixel groups receive highest priority A. The transfer of the new priority A is continued:
189 . 173 . 154 . 155 . 274 . 275 . 253 . 229
This is followed by the transmission of the pixel groups with priority B:
175 . 195 . 215 . 235 . 255 . 190 . 191 . 192 . 193 ...
New priorities are recognized again at time t3. Other pixel groups receive highest priority A. The transfer of the new priority A is continued:
187 . 171 . 227 . 251 . 152 . 153 . 272 . 273

In einem zusätzlichen Array wird überprüft, welche Pixelgruppen bereits übertragen worden sind. Wurde eine Pixelgruppe schon übertragen, braucht Sie nicht ein 2tes mal übertragen werden, sofern sich ihre Priorität nicht zwischenzeitlich geändert hat. Bestimmte Bildregionen, z.B. Gesichter, können erkannt und bevorzugt übertragen werden. Zusätzlich können von dem Empfänger auch bestimmte Pixelgruppen angefordert werden (z.B. bei Erkennung von Übertragungsfehleren durch fehlerhaften CRC Check). Derart angeforderte Pixelgruppen können dann eine hohe Priorität erhalten, so dass Sie sofort Übertragen wird.An additional array is used to check which Pixel groups already transferred have been. If a group of pixels has already been transferred, you do not need it broadcast a 2nd time provided their priority not changed in the meantime Has. Certain image regions, e.g. Faces, can be recognized and preferably transmitted become. additionally can from the recipient certain groups of pixels are also requested (e.g. upon detection of transmission errors due to incorrect CRC check). Pixel groups requested in this way can then a high priority received so that you can transfer immediately becomes.

Pixelgruppen abspeichern/übertragenSave / transfer pixel groups

Die Begriffe „abspeichern" und „übertragen" werden nachfolgend synonym verwendet. Zunächst werden einige Kenngrößen des Videobildes abgespeichert bzw. übertragen. Exemplarisch aufgeführt sind das z.B.:The terms "save" and "transfer" are as follows used synonymously. First some parameters of the Saved or transmitted video image. Listed as an example for example:

  • – Bildbreite (in Pixel)- image width (in pixels)
  • – Bildhöhe (in Pixel)- image height (in pixels)
  • – Verwendete Form der Pixelgruppe (nicht notwendig wenn nur eine Form standardisiert ist)- Used Shape of the pixel group (not necessary if only one shape is standardized is)

Anschließend werden die einzelnen Pixelgruppen entsprechend ihrer Priorität abgespeichert bzw. übertragen, d.h. Pixelgruppen mit hoher Priorität werden zuerst gespeichert (und später auch zuerst ausgelesen).Then the individual pixel groups according to their priority saved or transferred, i.e. High priority pixel groups are saved first (and later also read out first).

Dazu wird zunächst der Positionswert des Bezugspixels p0 der Pixelgruppe abgespeichert. Anschließend werden die Pixelwerte P0, P1, P2, P3, P4 abgespeichert.The position value of the Reference pixel p0 of the pixel group is stored. Then be the pixel values P0, P1, P2, P3, P4 are stored.

Beispiel:Example:

Positionswert P0, Pixelwerte P0, P1, P2, P3, P4; nächster Positionswert P0 (mit gleicher oder niedrigerer Priorität), Pixelwerte P0, P1, P2, P3, P4,..., nächster Positionswert P0 (mit geringster Priorität), Pixelwerte P0, P1, P2, P3, P4.Position value P0, pixel values P0, P1, P2, P3, P4; Next Position value P0 (with the same or lower priority), pixel values P0, P1, P2, P3, P4, ..., next Position value P0 (with lowest priority), pixel values P0, P1, P2, P3, P4.

Das Abspeichern kann durch verschiedene Methoden, die hier nur exemplarisch angesprochen werden, optimiert werden.The saving can be done by different Methods that are only mentioned here as examples are optimized become.

Es kann eine Lauflängencodierung der Pixelgruppen vorgenommen werden. Z.B. wenn in einem Bildbereich keine Rotanteile vorkommen, kann dies anstelle von 8 Bit (rot) nur mit z.B. 2 Bit übertragen werden, oder es kann die Anzahl der führenden Nullen ausgenutzt werden.There can be a run length coding of the pixel groups. For example, if in an image area no red components occur, this can only be done instead of 8 bits (red) with e.g. 2 bits transmitted or the number of leading zeros can be used.

Ferner können allgemein übliche Komprimierungsmethoden, z.B. Zip-Format, verwendet werden.Common compression methods, e.g. Zip format, can be used.

Durch Festlegung eines Grenzwertes für die Priorisierung kann eine bestimmte Qualität gewährleistet werden. Z.B. kann ein Grenzwert für die Pixeldifferenzwerte festgelegt werden unterhalb dessen die zugeordnete Pixelgruppe immer den niedrigsten Prioritätswert bekommt.By setting a limit for the Prioritization can ensure a certain quality. For example, can a limit for the pixel difference values are defined below which the assigned one Pixel group always gets the lowest priority value.

Werden zunächst die 4 Pixelgruppen der Eckpunkte übertragen, bekommt man mit wenigen Pixelgruppen eine größtmögliche Fläche berechnet.First the 4 pixel groups of the Transfer key points, you get the largest possible area calculated with a few pixel groups.

Rekonstruktion (Dekomprimierung) der VideodatenReconstruction (decompression) the video data

Neues Bildarray generierenGenerate new image array

Bei der Rekonstruktion der komprimierten Videodaten wird zunächst ein Bildarray vergleichbar mit der Darstellung in 1 erzeugt. Dazu werden die Kenndaten des Bildes eingelesen und ausgewertet. Exemplarisch sind dies Bildbreite, Bildhöhe und Form der zur Komprimierung verwendeten Pixelgruppe. Stimmen die Bildhöhe und Bildbreite zwischen dem Ursprungsbild und der nun gewünschten Darstellung (z.B. begrenztes PDA Display oder hochauflösender Bildschirm) nicht überein, muss entsprechend skaliert werden. Dazu werden zunächst Umrechnungsfaktoren ermittelt (Bildbreite_Orginal/ Bildbreite_Display und Bildhöhe_Orginal/Bildhöhe_Display). Diese Faktoren können benutzt werden um den Positionswert von dem Originalbild in den Positionswert des neuen Displays umzurechnen.When reconstructing the compressed video data, an image array is initially comparable to the representation in 1 generated. For this purpose, the characteristics of the image are read in and evaluated. Examples are the image width, image height and shape of the pixel group used for compression. If the image height and image width do not match between the original image and the desired display (e.g. limited PDA display or high-resolution screen), it must be scaled accordingly. For this purpose, conversion factors are first determined (image width_original / image width_display and image height_original / image height_display). These factors can be used to convert the position value from the original image to the position value of the new display.

Pixelgruppen einfügenInsert pixel groups

Wie in 6 dargestellt ist, werden entsprechend der Reihenfolge der priorisierten Pixelgruppen diese nun eingelesen. Beispielsweise werden die ersten vier Pixelgruppen mit der höchsten Priorität in das Bildarray eingetragen. In 6 sind dies die Pixelgruppen an den Ecken des Bildes. Die Position des Bezugspixels p0 der jeweiligen Pixelgruppe ist durch die schwarz unterlegten Felder 21, 38, 381 bzw. 398 bestimmt. Dieser Positionswert (p0) liegt als Integerwert in der abgespeicherten Datei vor. Anschließend können die zur jeweiligen Pixelgruppe gehörenden, dunkelgrau grau unterlegten Pixelwerte (p1–p4) in das neue Bildarray eingetragen werden. Die dazwischen liegenden, hellgrau markierten Pixelwerte lassen sich dann aus den dunkelgrau und schwarz markierten Feldern berechnen. Zur Berechnung werden zunächst die bekannten Pixelwerte in ihre Bestandteile Rot, Grün und Blau zerlegt.As in 6 is shown, these are now read in according to the order of the prioritized pixel groups. For example, the first four pixel groups with the highest priority are entered in the image array. In 6 these are the pixel groups at the corners of the image. The position of the reference pixel p0 of the respective pixel group is indicated by the fields highlighted in black 21 . 38 . 381 respectively. 398 certainly. This position value (p0) is available as an integer value in the saved file. The dark gray-gray pixel values (p1 – p4) belonging to the respective pixel group can then be entered in the new image array. The intermediate, light gray marked pixel values can then be calculated from the dark gray and black marked fields. For the calculation, the known pixel values are first broken down into their components red, green and blue.

Anschließend wird der Mittelwert jeder Farbe berechnet, z.B. Pixel(22) = (Pixel(2) + Pixel(21) + Pixel(42))/3).The mean value of each color is then calculated, e.g. pixels ( 22 ) = (Pixel ( 2 ) + Pixels ( 21 ) + Pixels ( 42 )) / 3).

Flächen ausfüllenFill in areas

Nun werden die bereits vorhandenen Pixelgruppen durch Linien miteinander verbunden. Dies ist in 7 dargestellt. Es ergeben sich Dreiecke, dessen Ecken durch die entsprechenden Pixelgruppen definiert sind. Exemplarisch soll dies an der Linie zwischen Pixelposition 2 und Pixelposition 17 verdeutlicht werden. Der Farbverlauf der Linie wird anhand der Farbwerte der Pixel 2 und 17 berechnet. Zunächst wird die Anzahl der Pixel zwischen diesen beiden Positionen ermittelt, im Beispiel 14. Anschließend wird für jede Farbe (Rot, Grün, Blau) die Farbdifferenz ermittelt, z.B. Farbwert an Position 2 = 2; Farbwert an Position 17 = 30 ergibt Farbdifferenz von 28). Eine Farbwertsteigerung pro Pixel – vom Pixel 2 zum Pixel 17 – errechnet sich dann aus Farbdifferenz / Anzahl (Im Beispiel 28/14 = 2).Now the existing pixel groups are connected with each other by lines. This is in 7 shown. The result is triangles, the corners of which are defined by the corresponding pixel groups. This should be exemplified by the line between pixel position 2 and pixel position 17. The color gradient of the line is calculated based on the color values of pixels 2 and 17. First the number of pixels between these two positions is determined, in example 14. Then the color difference is determined for each color (red, green, blue), eg color value at position 2 = 2 ; Color value at position 17 = 30 results in color difference of 28 ). An increase in color value per pixel - from the pixel 2 to the pixel 17 - is then calculated from the color difference / number (in the example 28/14 = 2 ).

Die noch übrigen Flächen werden durch Zeichnen von horizontalen Linien ausgefüllt, z.B. von Position 63 nach Position 74, von Position 82 nach Position 93, usw. Auch hier wird ein vorläufiger Farbverlauf zwischen den Punkten wie oben angegeben berechnet,The remaining areas are drawn filled with horizontal lines, e.g. from position 63 to position 74, from position 82 to position 93, etc. Again, a preliminary one Gradient between the dots calculated as given above,

Wie 8 zeigt, ergibt jede weitere hinzufügte Pixelgruppe weitere Dreiecke die entsprechend ausgefüllt werden können. Nachdem zunächst die gesamte Fläche durch Nutzung der 4 Eckpunkte (21, 38, 398, 381) ausgefüllt wurde, kann nun mit jeder weiteren Pixelgruppe die Auflösung verfeinert werden. Das Hinzufügen der Pixelgruppe 87 führt zu 4 Dreiecken mit den Bezugspunkten (21, 38, 87), (21, 87, 381), (381, 87, 398), (398, 78, 38). Wird nun innerhalb eines solchen Dreieckes, z.B. 87, 381, 398, eine weitere Pixelgruppe (247) eingefügt entstehen 3 neue Dreiecke (247,381,398), (247, 87, 381) und (247,87, 398). Jede neue Pixelgruppe erzeugt somit 3 neue Dreiecke, die ausgefüllt werden können. Je mehr Pixelgruppen eingefügt sind, d.h. je mehr Dreiecke gebildet werden, desto näher kommt der berechnete Farbverlauf dem tatsächlichen Farbverlauf des Bildes. Da ab nun immer nur neue Dreiecke entstehen, können für die Berechnungen optimierte Verfahren verwendet werden. Ferner können die jeweils 3 neu entstehenden Dreiecke parallel berechnet werden, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu steigern.How 8th shows, every further added pixel group results in further triangles which can be filled in accordingly. After first using the 4 corner points ( 21 . 38 . 398 . 381 ) has been filled in, the resolution can now be refined with each additional pixel group. The add towards the pixel group 87 leads to 4 triangles with the reference points ( 21 . 38 . 87 ), ( 21 . 87 . 381 ), ( 381 . 87 . 398 ), ( 398 . 78 . 38 ). Is now within such a triangle, e.g. 87 . 381 . 398 , another group of pixels ( 247 ) inserted 3 new triangles ( 247 . 381 . 398 ), ( 247 . 87 . 381 ) and ( 247 . 87 . 398 ). Each new pixel group creates 3 new triangles that can be filled in. The more pixel groups are inserted, ie the more triangles are formed, the closer the calculated color gradient comes to the actual color gradient of the image. Since only new triangles are created from now on, optimized methods can be used for the calculations. Furthermore, each can 3 newly created triangles are calculated in parallel to increase the processing speed.

Zusätzliche Möglichkeit der Parallelisierung entsteht dadurch, wenn neue Pixelgruppen in unterschiedlichen Regionen des Bildes hinzugefügt werden.Additional possibility of parallelization arises when new pixel groups in different regions of the picture added become.

Bei den oben beschriebenen Verfahrenschritten wurde vorausgesetzt, dass sich der Bildinhalt zwischenzeitlich nicht geändert hat. Ändert sich der Bildinhalt, dann werden die Prioritäten der einzelnen Pixelgruppen neu verteilt und die aktuellen Pixelgruppen mit der höchsten Priorität übertragen. Es ändert sich nur die Reihenfolge der gerade übertragenen und in das Bild eingefügten Pixelgruppen. Am oben beschriebenen Prinzip der Rekonstruktion des Bildes ändert sich jedoch nichts.With the process steps described above it was assumed that the image content did not change in the meantime changed Has. change the picture content, then the priorities of the individual pixel groups redistributed and the current pixel groups with the highest priority transmitted. It changes just the order of the just transferred and in the picture pasted Pixel groups. On the principle of reconstruction of the Image changes nothing, however.

Um den zeitlichen Änderungen des Bildinhalts Rechnung zu tragen, können jedoch noch zusätzliche Arrays (mit der Größe des Bildarrays) erzeugt werden. Diese können Angaben enthalten über dieTo the temporal changes However, additional arrays can take the image content into account (with the size of the image array) be generated. these can Information contains about the

  • – Zeit, d.h. wann wurde ein Pixelwert zuletzt berechnet bzw. übertragen- Time, i.e. when was a pixel value last calculated or transferred
  • – Berechnungsgrundlage. Welche übertragenen Pixel wurden zur Berechnung des Pixelwertes benutzt- Basis of calculation. Which transferred Pixels were used to calculate the pixel value
  • – Wahrscheinlichkeit/Genauigkeit. Wurde ein Pixelwert übertragen oder berechnet; falls er berechnet wurde wie groß ist die Varianz der Pixelgruppen aus denen der neue Wert berechnet wurde?- probability / accuracy. A pixel value was transferred or calculated; if it was calculated how large is the variance of the pixel groups from which the new value was calculated?
  • – Abweichung von schon kalkulierten Pixelwerten mit dann übertragenden Pixelwerten- deviation of already calculated pixel values with then transferring pixel values

Aus diesen Größen lassen sich dann Bildregionen bestimmen in denen häufig Pixelgruppenänderungen vorkommen. Benachbarte Pixelgruppen, oder auch komplette Bereiche werden in aller Regel ähnlichen Veränderungen, z.B.Image regions can then be made from these sizes determine in which often Pixel group changes occurrence. Adjacent pixel groups, or entire areas are usually similar changes, e.g.

Helligkeitsänderungen, Farbänderungen unterliegen. Durch Auswertung dieser Änderungen lassen sich in aller Regel Objekte und ihr dynamisches Verhalten bestimmen, z.B. Gegenstand der sich im Video bewegt. Gleichmäßige Änderungen bezogen auf das gesamte Bildarray können zum Beispiel auf einen Kameraschwenk hinweisen. Werden diese Informationen z.B. mit Hilfe von lernfähigen neuronalen Netzen ausgewertet, lassen sich sehr leicht Abschätzungen über die Pixelwerte von noch nicht übertragenden Pixelgruppen machen. Treffen diese Abschätzungen zu, können Pixelgruppen identifiziert werden, die besonderen Einfluss auf Veränderungen auf Objekte besitzen. Werden diese Pixelgruppen von der Quelle erneut angefragt, ist es möglich Objektbewegungen mit nur wenig Pixelgruppen genau zu bestimmen und vorherzusagen. In der Praxis bedeutet es, dass obwohl nur eine niedrige Bandbreite zur Verfügung steht, niedrige Verzögerungszeiten auftreten, die wesentlich geringer sind als bei Frame-basierten Verfahren. Die Auswertung der zusätzlich im Empfänger generierten Arrays erlaubt auch eine gute Objekterkennung.Changes in brightness, changes in color subject. By evaluating these changes in all Determine rule objects and their dynamic behavior, e.g. object that moves in the video. Uniform changes across the board Image array can for example to point out a camera pan. Will this information e.g. with the help of learnable evaluated neural networks, estimates can be made very easily via the Pixel values from not yet transferring Make pixel groups. If these estimates are correct, pixel groups can be identified, the particular influence on changes own objects. These groups of pixels will come from the source again asked, it is possible To precisely determine object movements with only a few pixel groups and predict. In practice it means that although only a low one Bandwidth available stands, low delay times occur, which are significantly lower than with frame-based methods. The evaluation of the additional in the receiver generated arrays also allow good object recognition.

In Abhängigkeit der verfügbaren Ressourcen können neben der reinen Priorisierung durch die Farbwerte benachbarter Pixel auch Abhängigkeiten der Lage der priorisierten Pixelgruppen herangezogen werden.Depending on the available resources can in addition to pure prioritization by the color values of neighboring ones Pixels also dependencies the position of the prioritized pixel groups can be used.

Ein Anwendungsfall soll dies verdeutlichen. Betrachtet man auf See einen Horizont, erscheint dieser wie eine waagerechte Linie. Es ist zu erwarten, dass die Prioritätswerte jeder Pixelgruppe entlang diesem Horizont in etwa gleich sind. In diesem Fall besitzen die am weitesten auseinander liegenden Punkte der Horizontlinie die größte Aussagekraft. Durch Übertragung der äußersten linken und äußersten rechten Pixelgruppen des Horizonts ist es schon möglich, diesen wieder zu rekonstruieren.An application case should clarify this. If you look at a horizon at sea, it looks like one horizontal line. It is expected that the priority values each group of pixels along this horizon are approximately the same. In in this case have the most widely spaced points the greatest meaningfulness of the horizon line. By transmission the outermost left and extreme right pixel groups of the horizon it is already possible to use this to reconstruct again.

Eine weitere Möglichkeit der Priorisierung liegt in der Höherbewertung bestimmter Bildbereiche. Ein solcher Bildbereich können zum Beispiel Gesichter sein. Obwohl Gesichter auf Urlaubsvideos manchmal nur einen prozentual kleinen Bereich des gesamten Bildes ausmachen, stehen sie beim Betrachten meist im Mittelpunkt. Ein solches menschliches Sehverhalten kann durch entsprechende Priorisierung der Pixelgruppen dieser Bildbereiche (Gesichtsbereiche) berücksichtigt werden. Ebenso können die Pixelgruppen im Zentrum des Videos eine entsprechend höhere Priorisierung erfahren.Another way of prioritizing lies in the higher rating certain areas of the image. Such an image area can be used for Example faces. Although faces on vacation videos sometimes make up only a small percentage of the entire image, they are usually the focus when looking at them. Such a human Visual behavior can be improved by prioritizing the pixel groups accordingly Image areas (face areas) are taken into account. Likewise, the Pixel groups in the center of the video have a higher priority Experienced.

Eine weitere Möglichkeit der Optimierung besteht in der Tatsache, dass sich benachbarte Pixelgruppen gegenseitig überlagern. Durch geschickte Auswahl der Pixelgruppen kann vermieden werden, dass sich überlagernde Pixelwerte benachbarten Pixelgruppen wiederholt übertragen werden.Another possibility for optimization is in the fact that neighboring groups of pixels overlap each other. By skilfully selecting the pixel groups it can be avoided that overlapping Pixel values neighboring pixel groups are repeatedly transmitted.

Der Aufwand der zum Dekodieren verwendet wird, ist frei skalierbar. Bei kleineren Displays (z.B. Handys ) ist sicherlich weniger Rechenaufwand notwendig als die Wiedergabe auf einem hochauflösendem Großbildschirm, obwohl beide den gleichen Quelldatenstrom, bestehend aus den priorisierten Pixelgruppen, verwenden. Diese flexible Skalierung erlaubt es Herstellern von Endgeräten, spezielle Optimierungen, z.B. Anzahl der Objekte, Historie der Bildänderungen, in ihre Geräte einzubauen. Für die Hersteller ergibt sich eine Möglichkeit, sich von ihren Mitbewerbern abzuheben, ohne die Kompatibilität der Videoübertragung zu gefährden.The effort used for decoding is freely scalable. For smaller displays (e.g. cell phones) less computing effort than playback is certainly necessary on a high resolution Large screen, although both have the same source data stream consisting of the prioritized ones Use pixel groups. This flexible scaling allows manufacturers of end devices, special optimizations, e.g. Number of objects, history of image changes, in their devices install. For The manufacturer gives a way to stand out from their competitors stand out without compatibility the video transmission to endanger.

Claims (14)

Verfahren zur Komprimierung von Videodaten, die aus einem Array einzelner Bildpunkte (Pixel) bestehen, wobei jedes Pixel (0-419) einen sich zeitlich verändernden Pixelwert aufweist, der Farb- oder Helligkeitsinformation des Pixels beschreibt, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Ermitteln eines Prioritätswertes für jedes Pixel des Arrays durch Berechnen eines Pixeldifferenzwertes anhand des jeweils momentanen Pixelwerts des Pixels in Bezug auf die momentanen Pixelwerte einer zuvor festgelegten Gruppe von benachbarten Pixeln; b) Zusammenfassen der für die Berechnung des Prioritätswertes hinzugezogenen Pixel zu einer Pixelgruppe (P0–P4), c) Sortieren der Pixelgruppen anhand ihres Prioritätswertes und Ablegen in einem Prioritätenarray; und d) Abspeichern und/oder Übertragen der Pixelgruppen entsprechend ihrer Priorität im Prioritätenarray, wobei die Schritte a) bis d) ständig wiederholt werden, wobei die Prioritätswerte der Pixelgruppen stets neu ermittelt werden und das Prioritätenarray zu jedem Zeitpunkt die nach aktuellen Prioritäten sortierten Pixelgruppen enthält.Method for compressing video data consisting of an array of individual picture elements (pixels), each pixel ( 0-419 ) has a temporally changing pixel value that describes the color or brightness information of the pixel, characterized by the steps: a) determining a priority value for each pixel of the array by calculating a pixel difference value on the basis of the respective current pixel value of the pixel in relation to the current pixel values of one predetermined group of neighboring pixels; b) combining the pixels used for the calculation of the priority value to form a pixel group (P0-P4), c) sorting the pixel groups on the basis of their priority value and storing them in a priority array; and d) storing and / or transferring the pixel groups according to their priority in the priority array, steps a) to d) being repeated continuously, the priority values of the pixel groups always being determined anew and the priority array containing the pixel groups sorted according to current priorities at all times , Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pixeldifferenzwert sich aus der Differenz des Pixelwerts eines betrachteten Pixels zum Pixelwert jedes seiner betrachteten Nachbarpixel der Pixelgruppe ergibt.A method according to claim 1, characterized in that the pixel difference value is the difference of the pixel value of a viewed pixel to the pixel value of each of its viewed Neighbor pixel of the pixel group results. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn die Kenngrößen des Videobildes, wie Bildbreite in Pixel, Bildhöhe in Pixel und Form der verwendeten Pixelgruppe abgespeichert und/oder übertragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that at the beginning the parameters of the video picture, such as picture width in pixels, image height stored and / or transmitted in pixels and in the form of the pixel group used become. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Pixelgruppe die Position eines Bezugspixels (P0), dessen Pixelwert, sowie der Pixelwert der übrigen Pixel (P1–P4) der Pixelgruppe abgespeichert oder übertragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that for each pixel group the position of a reference pixel (P0), its pixel value, as well as the pixel value of the others Pixels (P1-P4) of Pixel group saved or transferred becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pixelgruppen bestimmter Bildbereiche eine erhöhte Priorität zugeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that pixel groups of certain image areas are assigned a higher priority becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixelwerte der Pixelgruppen durch Lauflängencodierung oder andere Kompressionsverfahren weiter komprimiert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the pixel values of the pixel groups by run length coding or other compression methods can be compressed further. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laufende Ermittlung und Ausgabe der nach Prioritäten sortierten Pixelgruppen bereits durch ein verwendetes bildaufnehmendes System, wie z.B. Scanner, CCD-Kamera, erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the ongoing identification and issue of the after priorities sorted pixel groups already by a used image-taking System such as Scanner, CCD camera. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Framegrabber Karten (bzw. Softwarelösungen) eingesetzt werden können, um auch vorliegendes Videomaterial verschiedenster Formate (z.B. AVI, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4,...) zu konvertieren.Method according to one of the preceding claims, characterized marked that frame grabber cards (or software solutions) can be used to also present video material of various formats (e.g. AVI, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, ...) to convert. Verfahren zur Rekonstruktion von Videodaten, die mit dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 komprimiert wurden, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils eingelesenen Pixelwerte in Form eines Bildarrays dargestellt werden, wobei die noch nicht übertragenden Pixel aus den schon übertragenden Pixeln berechnet werden.Process for the reconstruction of video data with the method according to claims 1 to 8 were compressed, characterized in that the respectively read Pixel values are displayed in the form of an image array, the not yet transferring Pixels from those already transmitting Pixels are calculated. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Generieren eines leeren Bildarrays aus den eingelesenen Kenngrößen des komprimierten Videobildes, b) Kontinuierliches Einlesen der abgespeicherten bzw. übertragenen Pixelgruppen und Einfügen in das Bildarray, c) Bilden von Dreiecken durch Verbinden von jeweils drei unmittelbar benachbarter Pixelgruppen durch mindestens eine Linie, d) Ausfüllen der die Fläche der Dreiecke bildenden Pixel durch einen aus den das Dreieck bildenden Pixelgruppen berechneten Farb- und/oder Helligkeitsverlauf, und e) Wiederholen der Schritte b) bis e)A method according to claim 9, characterized by the steps: a) Generate an empty image array from the read parameters of the compressed video image, b) Continuous reading of the stored or transferred Pixel groups and insertion into the image array, c) Form triangles by connecting three immediately adjacent pixel groups by at least a line, d) Fill in of the area of the triangles forming one of the pixels forming the triangle Pixel groups calculated color and / or brightness curve, and e) Repeating steps b) to e) Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiecke in ihrer Größe skalierbar und an unterschiedliche Bildauflösungen anpassbar sind.Method according to one of claims 9 or 10, characterized in that that the triangles are scalable in size and different image resolutions are customizable. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Arrays erzeugt werden können, die Angaben enthalten über die: – Zeit, d.h. wann wurde ein Pixelwert zuletzt berechnet bzw. übertragen, – Berechnungsgrundlage, d.h. welche übertragenen Pixel wurden zur Berechnung des Pixelwertes benutzt, – Wahrscheinlichkeit/Genauigkeit, d.h. wurde ein Pixelwert übertragen oder berechnet; falls er berechnet wurde, wie groß ist die Varianz der Pixelgruppen aus denen der neue Wert berechnet wurde, – Abweichung von schon kalkulierten Pixelwerten mit dann übertragenden Pixelwerten.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that that additional Arrays can be created the information contains about the: - Time, i.e. when was a pixel value last calculated or transferred, - basis of calculation, i.e. which transferred Pixels were used to calculate the pixel value, - probability / accuracy, i.e. a pixel value was transmitted or calculated; if it was calculated, how big is it Variance of the pixel groups from which the new value was calculated, - deviation of already calculated pixel values with then transferring pixel values. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der gemäß Anspruch 12 erzeugten Arrays, auf einfache Art Bewegungsprofile und Objekte erkannt werden können.Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that that based on the claim 12 generated arrays, simple movement profiles and objects can be recognized. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswertung der Bewegungsprofile und Objekte flüssige Bewegungen mit extrem niedrigen Latenzzeiten, trotz niedrigster Übertragungsraten erzielt werden können.A method according to claim 13, characterized in that by evaluating the motion profiles and objects smooth movements with extremely low latency, despite the lowest transfer rates can be achieved.
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